337静水抛渣注浆封水法

3.37立井淹井静水抛渣注浆封水法在立井井筒施工过程中，由于各种原因造成井筒突水，水量较大，其涌水量超过井筒排水设备的排水能力，造成井筒被淹，其它堵水方法无法堵水时而采用的一种行之有效的静水抛渣注浆封水法，该工法从理论和实践上总结了近二十多年的立井突水淹井封水经验，具有工艺简单，技术先进等优点。该工法曾在淮北大演武混合井突水淹井事故处理中，效果显著，获1996年淮北市人民政府科技进步三等奖，获奖证书编号96K301。一、材料准备1、静水抛渣材料，20-40mm粒径的石子；2、注浆材料：水泥单液浆，水泥采用525＃普硅；3、注浆管，Ф50×5.5mm地质钻杆，Ф68mm花管。二、施工机具1、注浆泵，HFV-C型液压注浆泵。2、空气压缩机3、五金工具三、工艺流程1、施工工艺原理静水抛渣注浆封水，其工艺过程为：在井筒水位近自然水位的条件下，从地面向井内下输浆管至井底，然后向井内抛20-40mm粒径的石子，再注入单液浓水泥浆，养护7-10天后，即试排检查与排水，直至将井内水排净。其原理是在高水柱压力下，连续下注单液水泥浆至下抛石子空隙及涌水通道中，将水推走，自行结石，胶结骨料，并将井壁四周及出水部位充填密实，起到封水目的。2、主要技术参数（1）止水垫厚度止水垫厚度按平底型止水垫计算3.0][Po式中--止水垫厚度，mP。--注浆终压P。=1.5PHPH--出水点处静水压力。r--井筒半径[δ]—结石体允许抗压强度，MPa[δ]=MPaRKR0.523/20.1523/22873式中：R3-7.R28--砼3-7d和28d的极限抗压强度，MPa，K--安全系数，取K=2考虑注浆层面的不均匀系数，可能出水点距井底的距离及井底沉淀物厚度因素，则抛碴总厚度应为预计沉淀物厚度+止水垫厚度。（2）浆液注入量计算Q=mHR2式中：α--浆液损失系数，取α=1.2R--浆液扩散半径，取井筒半径H--碴层厚度mη--碎石孔隙率y=0.438β--浆液有效充填系数，取β=1.2m--浆液结石率，取m=0.97（3）注浆压力取井底突水点处的静水压力1.5倍（4）浆液材料与配比采用单液浓水泥浆，水泥采用42.5R普硅水泥，水灰比选0.75：1-0.85：1，浆液密度控制在1.6-1.7范围内。3、抛碴、注浆的主要施工措施一般井筒布置2-4路Φ50mm×5.5mm地质钻杆，其末端安装带有底的花管长度约为1.5m，花管采用Φ68mm厚壁钻杆加工而成，孔眼直径Φ=10mm，间距30-50mm，成“五花状”排列，下钻杆利用井内悬吊设备成均布状。（1）注浆站设置注浆泵站设在地面井口附近，可采用一泵一管或一泵多管的注浆方式，浆液制作采用容量为3-5m3电动泥浆搅拌机，人工上料，压风二级搅拌方式。（2）井内下注浆管待井内水位稳定后，抛碎石之前先下注浆管到工作面，钻杆花管底端距井底沉淀物0.2m左右。下钻前要认真逐根检查，所有丝扣完好，消除管内杂物，并对所有钻杆进行地面压力检验，确认完好后下放，下钻前和下钻时要测量记录清楚，逐根编号，下钻杆时要匀速慢下，防止弯曲折断。每个接头处加白铅油，油棉线拧紧，防止脱扣跑浆。每路注浆管均露出井口地面1m左右，用垫叉固定牢固。（3）抛碴石注浆注浆管下好后，即开始下抛碴石，经过清洗的石子用装载机运至井口，通过设在井口的输料口溜入井内。4、养护、排水注浆结束淹水养护7h后开始排水，排水到底后检查，工作面抛碴结石体强度，井内涌水量，检验封水效果。四、质量标准（Ⅰ）保证项目1、注浆材料，外加剂必须符合设计要求和规范规定。检查方法：检查出厂合格证、化验单和试验报告。2、浆液配比及浓度必须符合设计要求。检查方法：检查浆液配比试验和试注结果报告。（Ⅱ）基本项目1、注浆结束标准合格：各孔注浆压力达到终压，注入量小于40L/min。优良：各孔注浆压力达到终压，注入量小于30L/min。检查数量：逐孔注浆结束时检查一次。检查方法：用压力表检查注浆压力，用流量计检查浆液注入量，并做好施工检查记录。中间、竣工验收记录，检查施工记录。2、注浆效果合格：注浆段剩余水量≤4m3/h。优良：注浆段剩余水量≤2m3/h。检查数量：抽水试验一次，注浆段成井后测一次。检查方法：注浆结束后进行一次抽水试验，检查封水效果；注浆段成井后，检查工作面漏水量，一昼夜测3次，取平均值。3、抛碴厚度及强度合格：厚度、强度符合设计要求，经清水试压达到设计终压，有少量跑水，但经加固注浆后无跑水现象。优良：厚度、强度符合设计要求，经清水试压达到设计终压，无跑水现象。检查数量：用清水试验钻孔测定止浆垫的厚度。检查方法：对照设计检查施工记录、清水试压记录。五、成品保护注浆结束淹水养护7d后方可排水。六、安全措施1、施工人员必须经按特殊过程培训合格后方可持证上岗。2、井筒上下人员必须带好安全帽，系好安全带等，做好个人防护工作。3、井上下信号畅通、联络清楚。4、严格控制注浆压力，控制浆液浓度。七、注意事项1、认真编写施工组织设计，一切从实际出发，针对具体工程地质及水文地质条件，采用灵活多变的施工技术措施，确保施工质量。2、施工时，必须有严密的组织，严格的管理，设计与施工紧密结合。各工种紧密配合，各工序紧密相连。八、质量记录抛渣注浆分项工程质量检验平定表九、工程实例该工法于1976年开始到目前已有11个井筒成功地应用，封水效果达93%以上。1、刘桥一矿主井1976年9月24日，淮北刘桥一矿主井掘进至317m时，断层突水367m3/h，加上井壁淋水总量为421m3/h，注入水泥浆120t，封水效果93.5%。2、大演武矿混合井1994年7月21日，淮北大演武矿混合井井筒施工中，工作面东南方突水，造成淹井，分析原因为该段处在冻结分化破碎带，岩石破碎成松散状态，松软泥化强度极低。采用该工艺进行注浆堵水然后进行工作面打钻、探水注浆，达到了预期效果，该成果获淮北市人民政府科技进步三等奖--获奖证书编号96K3013、皖北煤电公司祁东煤矿风井井筒祁东风井井筒采用特凿公司L-50/800联帮德国大钻机钻井法施工，预制钢筋砼和钢板砼井壁，井筒成井完成壁后注浆充填检查工作后，于1999年2月15日在垂深427.8m井底马头门施工上部打炮眼（孔管φ42mm）时突水，水量先小后大，先出浓泥浆后出水，且水中含大量泥砂，砾石等物，实测涌水量为105m3/h，造成淹井。根据突水水质分析资料对比和底部有特有的砾石标志层，认为井筒突水源为第四系底部砾石含水层水，该含水层含水丰富，水量较大。分析突水原因为。给井壁完成漂浮下沉井壁后，井筒下部壁后钻井泥浆沉淀造成注浆置换不彻底，壁后充填质量检查补注浆工作不力，没能彻底切断底部含水层与马头门部位壁后的水力联系，形成过水通道，造成底部含水层水通过壁后通道下从炮眼突入井中。通过抛碴注浆，井底涌水完全封堵，封水效果100％，后经壁后充填水注浆，恢复了马头门的正常施工。